隔離型雙向ACDC變換器作為連接電網和電池的橋梁，在戶用儲能，車載充電OBC(On Board Charger)、UPS(Uninterrupted Power Supply)等場景中得到廣泛應用。

作為全球領先的數字控制芯片供應商，NXP致力于提供完整的生態以幫助用戶快速上手，縮短開發周期，加快產品上市速度，參考設計就是其中不可或缺的一環。針對隔離型雙向ACDC變換器，NXP開發了一套完整的參考設計方案。

隔離型雙向ACDC變換器由前級的雙向ACDC變換器和后級的隔離型雙向DCDC變換器組成，本文將介紹前級的雙向ACDC變換器參考設計方案。首先了解隔離型雙向ACDC變換器概念圖：

系統組成

NXP雙向多模態ACDC參考設計框圖如下：

全橋拓撲：在AC-to-DC狀態下，變換器工作在整流模式，圖騰柱PFC負責將電網交流電轉換為直流電，并實現PFC（Power Factor Correction）功能；在DC-to-AC狀態下，變換器工作在逆變模式，兩電平H橋負責將直流母線電壓逆變為交流電，為本地負載供電或將能量反饋至電網。

高頻濾波器：為兼容逆變模式下離網與并網運行，選用LCL作為高頻濾波器。

主控MCU：DSC系列MC56F83783數字控制器。DSC是NXP為電能變換、電機控制等實時控制應用量身打造的DSP架構數字控制器，其靈活的外設和高效的內核架構可幫助電能在直流側和交流側之間進行高效可靠的雙向傳輸。

電壓電流采樣電路：為滿足不同模態工作需求，必須采集直流母線電壓、電網電壓、電網電流、逆變器輸出電壓以及變換器側電感電流。另外，本方案也采集了濾波電容電流用于抑制LCL諧振尖峰。

輔助電源：輔助電源可以由交流側供電，也可以由直流側供電。

通訊：一個UART轉USB可用于FreeMASTER連接/固件更新，并預留一個UART和CAN用于與其他模塊，例如后級DCDC，通訊。

系統軟件與功能

NXP雙向多模態ACDC參考設計方案可以工作在整流模式、獨立逆變模式以及并網模式，并且可以在各模式之間平滑切換。

整流模式

在整流模式下，圖騰柱PFC采用電壓外環+電流內環的雙環控制策略控制，如下圖所示：

電壓外環采用PI調節器，用于調節直流母線電壓

軟件PLL鎖相電網電壓相位，作為電流參考相位

輸入電壓前饋消除電網電壓波動的影響

電流內環采用PI調節器，實現電網電流和電網電壓的同相位控制，保證高功率因數

電壓前饋占空比補償減小電網電壓過零點附近畸變，降低電網電流THD

電容電流反饋抑制LCL諧振尖峰

支持電網電壓掉電檢測以及快速恢復

獨立逆變模式

在獨立逆變模式下，選取濾波電容電壓作為要控制的逆變器輸出電壓，控制環路采用電壓外環+電流內環的雙環控制策略，如下圖所示：

電壓外環采用準PR調節器，提高交流輸出電壓的穩態精度

諧波補償器降低THD

電壓前饋解耦電壓環與電流環，簡化環路設計

正弦參考電壓和控制器通過調用NXP RTCESL庫實現，方便客戶快速實現高效的數字控制算法

支持逐波限流

并網逆變模式

在并網逆變模式下，采用電網電流單環控制，如下圖所示：

電流控制器采用準PR+PI調節器，同時保證交流電流的穩態精度和動態性能

軟件PLL鎖相電網電壓相位，作為電流參考相位

電容電流反饋抑制LCL諧振尖峰

電網電壓全前饋抑制電網電壓對并網電流的影響，提高THD

模式選擇和切換

NXP提供的FreeMASTER作為一種用戶友好型實時調試監視器和數據可視化工具，支持對正在運行的系統進行非侵入式變量監測，并支持從軟件界面中直接修改相關的變量供調試。此多模式雙向ACDC變換器方案就選擇FreeMASTER作為基礎顯示和控制面板。

系統剛上電時，用戶首先需要在FreeMASTER中選擇期望的工作模式；當系統開始工作后，除了根據外部信號變化自動切換模式外，也可以通過FreeMASTER手動改變系統工作模式。

實驗結果

下圖為多模式雙向ACDC變換器的硬件平臺，控制子卡HVP-56F83783和功率母板采用子母卡形式，通過金手指連接，該設計方便用戶根據自身需求評估不同系列的DSC產品。

下面列出一些典型的實驗波形，變換器控制效果良好： 整流模式：

獨立逆變模式：

并網逆變模式：

并網到獨立逆變模式切換波形：

獨立到并網逆變模式切換波形：

小結

NXP基于DSC數字控制器的雙向多模態ACDC參考設計支持整流模式、獨立逆變模式以及并網模式，并且可以在各模式之間平滑切換。

想要更深入地了解此方案以及DSC數字控制器相關信息，歡迎訪問NXP官網